核裂變是指像鈾（U）這種非常大的原子分裂成更小的原子對的物理過程。正是因為有這樣的過程存在，才使得核彈和核電站成為可能。但在很長的一段時間里，物理學(xué)家們都曾認(rèn)為從能量上來講，像鈾這樣大的原子（原子質(zhì)量= 235或238）是不可能分裂成兩個原子的。

故事的轉(zhuǎn)折發(fā)生在80年前的今天，1939年2月11日，在一封寄給知名期刊《自然》的編輯的文章中，作者詳盡地描述了這種過程是如何發(fā)生的，她甚至將這一過程命名為裂變（fission）。在這篇文章中，物理學(xué)家莉澤·邁特納（Lise Meitner）在她年輕的外甥奧托·弗里希（Otto Frisch）的幫助下，為核裂變是如何發(fā)生的作出了物理解釋。

這是核物理學(xué)的一次重大飛躍！但時至今日，莉澤·邁特納的名字仍然鮮為人知，人們基本上已經(jīng)將她遺忘了?；仡欉@一發(fā)現(xiàn)，我們會讀到一段悲傷的故事，作出了這一重大發(fā)現(xiàn)的莉澤·邁特納被排除在一切勝利慶典之外，因為她是猶太女性……

○ 1878年，莉澤·邁特納（Lise Meitner）出生于奧地利維也納，并在維也納大學(xué)研習(xí)物理。為了紀(jì)念邁特納，元素周期表中的第109號元素被命名為?（Meitnerium, Mt）。| 圖片來源：Amanda Phingbodhipakkiya

1. 當(dāng)你分裂一個原子時會發(fā)生什么

邁特納的裂變理論基于核結(jié)構(gòu)的“液滴模型”。這個模型將把原子核結(jié)合在一起的力比作構(gòu)成水滴結(jié)構(gòu)的表面張力。

她指出，原子核的表面張力會隨原子核電荷的增加而減弱，當(dāng)核電荷非常高時，張力甚至可以接近于零——鈾（電荷= 92+）就是這樣的情況。如果缺乏足夠的核表面張力，那么當(dāng)中子（沒有電荷的亞原子粒子）撞擊原子核時，原子核就能分裂成兩個攜帶著非常高的動能的碎體。邁特納寫道：“因此整個‘裂變’過程可以用一種基本上經(jīng)典的（物理學(xué)）方法來描述?！本瓦@么簡單，對吧?

邁特納還進(jìn)一步解釋了其他的科學(xué)同行們是如何在這個問題上弄錯的。當(dāng)時，許多科學(xué)家相信，在用中子轟擊鈾時，鈾原子核不是分裂，而是捕獲了一些中子。這些被捕獲的中子轉(zhuǎn)化成帶正電的質(zhì)子，從而將鈾轉(zhuǎn)化成元素周期表上越來越大的元素，也就是所謂的超鈾元素，或鈾后元素。

但是，有一部分科學(xué)家對中子轟擊會產(chǎn)生超鈾元素表示懷疑，這其中就包括瑪麗·居里的女兒伊雷娜·約里奧-居里（Irene Joliot-Curie）和邁特納。約里奧-居里發(fā)現(xiàn)其中一種被認(rèn)為是超鈾元素的新元素，其化學(xué)性質(zhì)實際上與她母親發(fā)現(xiàn)的鐳一樣。約里奧-居里認(rèn)為這可能只是來自鈾在中子轟擊下產(chǎn)生的鐳（原子質(zhì)量= 226）——一種比鈾稍小的元素。

對此，邁特納還有另一種解釋。她認(rèn)為，這種元素可能不是鐳，而是一種化學(xué)性質(zhì)與鐳非常相似的元素——鋇。鐳和鋇的問題對邁特納來說非常重要，因為根據(jù)她的鈾分裂理論，鋇（原子質(zhì)量= 139）是一種可能的裂變產(chǎn)物，而鐳卻不是——因為它太大了（原子質(zhì)量= 226）。

○ 當(dāng)中子轟擊鈾原子時，鈾核分裂成兩個不同的、較小的核。| 圖片來源：  Stefan-Xp/Wikimedia Commons

邁特納敦促她的化學(xué)家同事奧托·哈恩（Otto Hahn）對鈾的轟擊樣本進(jìn)行進(jìn)一步的凈化，并檢查它們到底是由鐳還是其化學(xué)近親鋇構(gòu)成的。哈恩照做了，并且他發(fā)現(xiàn)邁特納是正確的：樣品中的元素確實是鋇，而不是鐳。哈恩的發(fā)現(xiàn)表明，鈾的原子核發(fā)生了分裂，變成了兩種擁有更小原子核的不同元素，正如邁特納所猜測的那樣。

2. 作為一名猶太女性，邁特納被拋在了身后

在這一發(fā)現(xiàn)被告知天下之時，邁特納本應(yīng)是那天的英雄，她與哈恩本應(yīng)聯(lián)合發(fā)表他們的發(fā)現(xiàn)，并等待因核裂變的發(fā)現(xiàn)而將獲得的來自全世界的贊譽(yù)。但不幸的是，事實并非如此。

當(dāng)時的邁特納遭遇了兩大難處：一，她是一個因為納粹德國的迫害而流亡瑞典的猶太人；二，她是一個女人?；蛟S在取得科學(xué)成功的道路上，她已經(jīng)克服了這些障礙中的任何一個，但結(jié)果證明，這些艱難是不可逾越的。

邁特納和哈恩曾在柏林的德皇威廉學(xué)院（Kaiser Wilhelm Institute）共事，在學(xué)術(shù)上，她與哈恩不相上下。據(jù)說，多年來他們一直是親密的同事和朋友。然而當(dāng)納粹接管后，邁特納被迫離開德國。她在斯德哥爾摩找到了一份工作，并通過定期通信繼續(xù)與哈恩和他的下屬弗里茨·施特拉斯曼（Fritz Strassmann）就核問題進(jìn)行合作。這種工作方式雖然不夠理想，但仍非常高效。鋇的發(fā)現(xiàn)就是他們合作的最新成果。

○ 邁特納和哈恩在柏林（1913）。

然而，到了發(fā)表結(jié)果的時候，哈恩知道，在論文上登上一名猶太女性的名字將會斷送他在德國的職業(yè)生涯。所以他在沒有署名邁特納的情況下發(fā)表了這篇文章，他虛假地聲稱這一發(fā)現(xiàn)僅僅是基于他從自己的化學(xué)凈化工作中獲得的洞見，而邁特納所貢獻(xiàn)的任何物理見解都無足輕重。盡管事實卻是如果沒有邁特納的指導(dǎo)，他根本連想都想象不到要將鋇從他的樣品中分離出來。

然而，哈恩很難對他自己的發(fā)現(xiàn)作出解釋。在他的論文中，他沒能提出鈾原子如何分裂成鋇原子的可信機(jī)制。但邁特納知道如何解釋。所以幾周后，邁特納給《自然》的編輯寫了那封著名的裂變文章，諷刺地解釋了“哈恩的發(fā)現(xiàn)”的機(jī)制。

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